本書以美國德州儀器公司(TI)的MSP430系列超低功耗單片機為核心,介紹了MSP430單片機的特點和基本工作原理。對MSP430系列單片機,特別是新的MSP430F5xx/6xx系列單片機所涉及的片內外圍模塊的功能、原理、應用進行了詳盡的描述,并介紹了MSP430單片機的開發(fā)環(huán)境、C語言程序設計方法,以及單片機低功耗設計、常用接口電路設計等,最后還介紹了電位器調節(jié)、直流電機調速和I2C測溫系統三個綜合實例。全書面向工程實踐,注重由淺入深、學以致用、理論與實踐緊密結合的學習原則,通過大量實例(可通過掃描二維碼觀看實例運行效果),對初學者進行單片機軟硬件綜合設計能力的培養(yǎng)。
本書可作為高等院校計算機、電子信息工程、電子科學與技術、自動化、電氣工程等相關專業(yè)單片機課程的教材,也適合廣大從事單片機應用系統開發(fā)的工程技術人員作為學習、參考用書。
本教材編寫以學生就業(yè)所需的專業(yè)知識和操作技能作為著眼點,在適度的基礎知識與理論體系覆蓋下,突出應用型本科教學的實用性和可操作性,通過實際案例加深對理論知識的理解,以及學生的分析問題和解決問題的能力。本書的主要特點是突出應用型人才培養(yǎng)特點。結合應用型人才培養(yǎng)需求,本書中所有例子均有實際硬件支持,并結合案例化、項目化教學思路,全書在具體案例的設計上,從初學者的角度出發(fā),從單一到綜合、由易到難、逐步提升、層層關聯,注重知識點的引入順序和積累,強調實踐動手能力的訓練,為進一步從事單片機開發(fā)打下堅實基礎。
MSP430系列單片機是美國德州儀器公司(TI)于1996年推出的一種16位超低功耗混合信號處理器(mixed signal processor),集多種領先技術于一體,以16位RISC(精簡指令集計算機)處理器、超低功耗、高性能模擬技術及豐富的片內外設、JTAG仿真調試等定義了新一代超低功耗單片機。MSP430單片機針對實際應用需求,將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上,充分突出以“單片”解決問題。
與其他單片機相比,MSP430系列單片機具有以下幾個方面的特點。
(1)超低功耗。MSP430系列單片機在降低芯片的電源電壓和靈活而可控地運行時鐘方面都有其獨到之處。其處理器功耗(1.8~3.6 V,0.1~400 μA,RTC(實時傳輸控制)運行約0.5 μA,約100 μA/MIPS)和口線輸入漏電流(最大50 nA)在業(yè)界都是最低的,遠低于其他系列產品。
(2)處理能力強,運算速度快。MSP430系列單片機采用16位RISC結構,當其工作在16MHz晶振頻率時,指令速度可達16 MIPS(注意:同樣16 MIPS的指令速度,16位處理器比8位處理器在運算性能上高出遠不止2倍)。同時,MSP430系列單片機中采用了一般只有DSP(數字信號處理器)中才有的16位多功能硬件乘法器、硬件乘加(積之和)、DMA(直接存儲器仿問)等一系列先進的功能,大大增強了它的數據處理和運算能力,可以有效地實現一些數字信號處理的算法(如FFT、DTMF等)。
(3)片內資源豐富。MSP430系列單片機結合TI公司獨到的高性能模擬技術,根據其不同系列產品,均集成了較豐富的片內外設,包括I/O端口、看門狗定時器(WDT)、定時器、模擬比較器、多功能串行接口(SPI/I2C/UART)、USB、LCD驅動器、硬件乘法器、ADC(模數轉換)、DAC(數模轉換)、DMA控制器、2~10KB的RAM、多達128KB的Flash,以及豐富的中斷功能。MSP430系列單片機的這些外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便,用戶可以根據應用需求,選擇最合適的MSP430系列產品來實現。
(4)方便高效的開發(fā)環(huán)境。MSP430系列單片機支持先進的JTAG調試,其硬件仿真工具(仿真器)非常廉價,而且適用于所有MSP430系列單片機,既便于推廣,又大大降低了用戶的開發(fā)投入。其軟件集成開發(fā)環(huán)境有IAR的EW430和TI的CCS,功能都很強大。
近幾年MSP43x系列單片機在性能、功能和應用方面都有了新的發(fā)展,為了滿足新的教學要求、使學生更好地掌握新的MSP430x技術和產品,本書主要以TI公司新、功能最完整的MSP430F5xx、MSP430F6xx系列內容為基礎,融合了作者最近幾年對MSP430系列單片機學習與開發(fā)應用的經驗和體會。全書共分15章,第0章和第1章分別對學習單片機所需要用到的計算機的基礎知識和C語言基礎進行了講解;第2章主要介紹了MSP430系列單片機的產品系列、特點及應用前景等;第3章主要介紹了MSP430系列單片機的體系結構;第4章~第10章主要對MSP430系列單片機的通用輸入/輸出模塊的工作原理及應用進行了詳細講解,主要包括時鐘系統、I/O端口及中斷機制、WDT、定時器、LCD_B驅動、ADC12、USCI(UART/SPI/I2C/USB)、比較器等模塊,每一個模塊都有編程實例;第11章主要介紹了Flash控制器、DMA控制器和硬件乘法控制器等片內控制模塊的結構及操作原理;第12章介紹了MSP430單片機常用的軟件開發(fā)平臺CCSv8;第13章介紹了硬件實驗平臺DYFFTB6638實驗板,詳細給出了電源、獨立按鍵、發(fā)光二極管、A/D采樣通道、蜂鳴器、RS232和RS485、段式LCD、步進電機和直流電機等各個模塊的硬件電路圖,書中的編程實例大多都是基于該實驗平臺的;第14章主要介紹了三個應用實例,使讀者能夠更深入地掌握MSP430系列單片機的應用。
本書中實例都是以MSP430F6638單片機為控制核心,絕大多數實例都是基于TI公司的DYFFTB6638實驗板開發(fā)的。這些實例的源程序代碼都經過實際驗證和測試,部分實例的運行效果收錄于二維碼視頻庫,可掃碼觀看運行效果。
由于時間倉促和水平有限,錯誤之處在所難免,歡迎各位專家和讀者批評指正。
第0章計算機的基礎知識/1
0.1計算機中的數制/1
0.2計算機中的碼制/14
第1章MSP430單片機C語言基礎/21
1.1標識符與關鍵字/21
1.2變量/23
1.3C語言運算符/23
1.4基本流程控制語句/27
1.5函數/28
1.6數組/30
1.7指針/31
1.8預處理命令/33
1.9C430編程框架/35
第2章MSP430單片機概述/36
2.1MSP430 單片機發(fā)展及應用/36
2.2MSP430單片機的特點/37
2.3MSP430單片機的應用前景/38
2.4MSP430命名規(guī)則/39
第3章MSP430單片機的體系結構/41
3.1MSP430F5xx/6xx系列單片機結構
概述/41
3.2MSP430F5xx/6xx系列單片機的中
央處理器/42
3.3MSP430單片機的存儲器/45
第4章MSP430單片機時鐘系統與低功耗結構/52
4.1MSP430單片機時鐘系統/52
4.2MSP430單片機低功耗結構及
應用/70
第5章MSP430單片機的通用輸入/輸出端口和中斷機制/75
5.1MSP430單片機通用輸入/輸出端口
模塊/75
5.2MSP430中斷機制/81
第6章MSP430單片機定時器/89
6.1MSP430單片機定時器資源介紹/89
6.2看門狗定時器(WDT)/90
6.3定時器A(Timer_A,TA)/96
第7章LCD_B段式液晶驅動模塊介紹/117
7.1LCD的工作原理/117
7.2LCD_B相關寄存器/118
7.3LCD_B段式液晶驅動模塊介紹/122
7.4應用舉例/127
第8章MSP430單片機模數轉換模塊(ADC12)/132
8.1模數轉換概述/132
8.2MSP430單片機ADC12模塊
介紹/134
8.3ADC12模塊寄存器/138
8.4ADC12模塊工作模式及應用
舉例/145
第9章MSP430單片機片內通信USCI模塊/155
9.1通信基本概念/155
9.2USCI模塊概述/157
9.3UART模式/159
9.4SPI模式/170
9.5I2C模式/180
9.6USB模式/196
第10章MSP430單片機比較器模塊/209
10.1比較器B(Comp_B)的結構與
特性/209
10.2比較器B相關寄存器/211
10.3應用舉例/215
第11章MSP430單片機的片內控制模塊/217
11.1Flash控制器/217
11.2DMA控制器/224
11.3硬件乘法控制器/239
第12章MSP430單片機軟件工程基礎及集成開發(fā)環(huán)境CCSv8/247
12.1MSP430軟件工程基礎/247
12.2軟件集成開發(fā)環(huán)境CCSv8/249
第13章MSP430F6638實驗板簡介/259
13.1DY-FFTB6638實驗板概述/259
13.2MSP430F6638實驗板的硬件
電路/262
第14章MSP430系列單片機應用系統設計實例/269
14.1電位器LCD顯示/269
14.2直流電機程序控制/273
14.3基于I2C的溫度采集顯示系統/279
附錄AMSP430F6638單片機引腳封裝圖/289
附錄BMSP430F6638單片機引腳說明/290
參考文獻/295